复卷机的电气传动系统设计(共40页)

1、第 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT I 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书复卷机的电气传动系统(xtng)设计摘要(zhiyo) 在整个造纸工艺过程中，大多数卷纸机卷得的纸卷存在松软现象(xinxing), 内部一般会有破损情况, 边缘两侧不整齐, 纸幅宽度不一等原因不能直接使用于印刷机和纸加工等设备，需要复卷机对纸卷经过再次复卷，使之能够符合纸加工和印刷机的要求。随着现代社会对纸机自动化要求的提高, 产品质量的提高, 复卷机的产能也必须得到提高。而且，纸机的速度随着科技发展越来越高，相应相配套的复卷机也必然要提高速度和控制精度，控制系统自动化程度也得较高，所以，对于复卷机

2、电气传动系统的设计，对提高复卷机的整体性能是有利的。本课题对高速双底辊复卷机的电气传动系统进行了设计。复卷机自动控制系统分为两部分，复卷机控制系统和电气传动系统。复卷机控制系统控制的对象是复卷机本体设备和复卷机外部设备，本文主要通过复卷机性能要求和工艺流程来设计复卷机的电气传动系统，以及根据传动系统的控制原理对传动电机与变频器进行选型。关键词：复卷机；变频调速；张力控制第 = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书Abstract In the paper making process, due to the volume of the dru

3、m roll is relatively soft, the interior may be damaged, side edges.Edge irregular, web width and other reasons can not or printer paper handling and other equipment needed to roll rewinding directly. Rolling again, comeback roll processing and printing presses to meet the processing needs. With mode

4、rn paper machines increased automation, improved product quality, productivity winder can also put forward higher requirements. In addition, increasing the speed of the machine, its match winders are bound to have a very high speed and control high degree of precision and automation control system,

5、therefore, in the design of electric winder drive systems, helping improve network cylinder machine overall performance. High-speed drum winder automatic control system design issues. Rewinder automatic control system is divided into control systems and variable speed control system in two parts, th

6、e winding machine. Winder control Siemens S7-400PLC, Panasonic transmission system system. In the device and the in external device control coiler winding machine body, operating winding equipment, production data, production parameters set winder, browsing history data Winder winding machine contro

7、l system from control system to complete . Transmitted mainly through open-book machine, after the end of the front bottom roller motor, roller motor frequency control, so as to keep constant tension of winder control, control of the roll tightness. Structure and function of the control system of a

8、paper winding machine performance requirements and process design of the winding machine and the control principle in selecting and commissioning of the drive motor and transmission drive under.Keywords：Winder；Frequency；Tension control第 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT III 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书目录(ml)TOC o 1-3

9、h u HYPERLINK l _Toc13503 复卷机的电气传动系统(xtng)设计 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT I HYPERLINK l _Toc25399 摘要(zhiyo) = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT I HYPERLINK l _Toc15879 Abstract = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II HYPERLINK l _Toc12574 目录 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT III HYPERLINK l _Toc27313 第一章 绪论 IV 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书 HY

10、PERLINK l _Toc15063 3.4 本章(bn zhn)小结 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书第一章 绪论(xln)1.1 课题提出(t ch)的背景 在造纸行业中，复卷机是卷简纸生产过程中的最后一道(ydo)环节，由卷纸机卷得的纸卷比较松软，内部破损和断头比较多，两侧边缘不整齐，纸幅宽度多不能直接使用于纸加工或印刷等机器。为了适应印刷和纸加工中对卷筒纸的要求，都要在复卷机上进行复卷来生产出合格的纸卷。通常复卷机安装在紧接造纸机的后面，可以用吊车直接将卷纸机上的纸卷吊装到复卷机的退纸架上，在复卷机上除去质量不好的纸张，粘接断头，切成所需的宽度，并在纸卷芯上卷成具有一定纸幅长度的、

11、一定直径的纸卷。卷筒纸应具有所要求的紧度和平整的分切端面。复卷机是造纸机械中运行车速最快的机器，其车速达15001800米/分钟，最高达2500米/分钟以上。复卷机的工作原理是：从造纸机上取下的纸卷安置在退纸架上，退纸架上的控制系统保持纸幅有一定的张力，并在断头时使纸卷快速制动。纸幅通过引纸辊和纵切机构切成所需要的宽度，然后按所需紧度和直径卷成纸卷。复卷机的主要结构参数是能处理的纸幅宽度和最高车速，其次是退纸和卷纸的最大直径、切纸方法和传动型式。 造纸工业现状主要以废纸辅以木、竹以及芦苇、秸秆等可再生资源为原料，通过清洁生产，实现了资源生产消费资源再生的良性循环，已成为国民经济中具有循环经济特

12、征的重要基础原材料产业和新的经济增长点。造纸工业资金技术密集，规模效益显著，具有较大的市场容量和发展潜力，且产业关联度高，对林业、农业、环保、印刷、包装、化工、机械制造、自动控制、交通等相关产业发展具有明显的拉动作用。我国纸及纸板的生产量和消费量均居世界第一位，随着世界经济格局的重大调整和我国经济社会转型的明显加速，我国造纸工业发展面临的资源、能源和环境的约束日益突显，亟需加快结构调整,实现传统造纸工业向可持续发展的现代造纸工业转变。1.2 造纸工业转型存在的问题在造纸工业转变过程中主要存在的问题有原料供求矛盾突出，自主创新能力不强，节能减排任务艰巨，企业规模偏小。我国造纸工业自主创新能力建设

13、比较薄弱，产学研没有形成有机的整体，引进技术消化吸收再创新不足，在新工艺、新设备和新产品的开发上缺乏自主创新的产业化重大成果。大型(dxng)蒸煮、筛选、漂白设备，高得率制浆设备，高速纸机流浆箱、靴式压榨、压光机、复卷机等关键设备基本依赖进口。 图1-1 某型号(xngho)复卷机世界大型制浆造纸装备供应仍处于垄断局面。多年来，世界上少数几家主要制浆造纸装备供应商，依靠品牌优势、研发能力、精密制造以及强大的资金实力和市场(shchng)拓展能力，基本垄断了大型制浆造纸装备供应，这一局面短期内难以改观。我国现已成为世界制浆造纸装备的主要市场，但大型制浆造纸装备主要依赖进口，导致投资成本提高，阻碍

14、了众多中小型制浆造纸企业装备大型化步伐。我国制浆造纸装备自主化水平亟需提高。1.3 电气传动系统的发展现状多年来直流调速系统以其优良的调速性能及负载率大的特性在纸机电气传动(chundng)中占有较大的比例,但直流电机由于成本高、整流子和电刷维护困难,很难用于需要防爆、防潮、防腐蚀等对环境要求苛刻的场合。20世纪80年代早期,随着社会经济的发展,欧洲和日本开发出了交流变频调速装置,这项技术在80年代中期被成功的引入美国,并被逐步应用于纸机传动。与直流调速系统相比,交流调速系统最突出的优点是交流电机可靠性高,维护量小我国将变频调速技术应用到纸机传动领域始于20世纪90年代。迄今为止,在全国大大小

15、小的新上纸机项目中,交流变频传动几乎占了95%以上。交流变频传动控制系统已经在纸机中占主导地位。80年代,矢量变频技术已经比较成熟(chngsh),为了适应大型多传动分部的机械设备的传动要求,以ABB,西门子等为代表的自动化公司开始开发以公共直流母线为框架的集散控制系统应用于多传动控制系统,并在80年代开始就逐步应用于造纸等流程工业。目前,传动系统大多以PLC控制为核心,传动控制系统几乎全部采用了基于PLC的DCS控制或者是基于现场总线的FCS控制方案。1.4 我国造纸工业的发展(fzhn)方向 随着我国工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化深入发展，经济结构转型加快，造纸工业产业结构不合理的

16、问题日益突出，亟需通过优化原料结构，提高原料保障水平；优化产品结构，使产品向低碳、多功能、环保、质优的方向调整，提高有效供给水平；优化企业结构，提高集中度和竞争力；优化技术结构，增强自主创新能力，提升技术装备总体水平；优化产业布局，合理配置资源，全面推进造纸工业协调发展。 研发具有自主知识产权的先进适用装备。跟踪研究国际前沿技术，加强重大技术装备研制，通过自主创新与引进消化吸收再创新相结合，着力加强产业技术和成套装备系统的集成和创新，加快行业关键、共性技术与装备的研发和产业化，努力解决制约我国造纸产业发展的技术瓶颈，提升造纸工业和装备制造业的整体技术、装备水平。1.5 本文主要工作 本文分析了

17、负载电机选择方法(fngf)，提出了对复卷机的生产设计要求。论文对复卷机控制系统进行了设计和编写，还对主传动电机和变频器的选型和调试。 复卷机的工作过程主要是对复卷机实行过程控制。复卷机的执行机构根据操作指令由 PLC 进行控制，传动电机(dinj)根据张力控制原理由独立的传动系统进行张力控制。 复卷机的控制系统是由两个相对独立的系统组成，本机的控制系统和传动系统。在设计过程中我们使用通讯(tngxn)模块使两个系统能够实时交换数据，最终使两个系统合二为一，实现对复卷机的自动控制。第二章 复卷机对电气传动系统要求2.1 复卷机组图 复卷机组由 19个部分组成：1 横梁，2 分条刀，3 复卷部，

18、4 导纸辊，5Z 型双弧形辊，6 预舒展辊，7 压纸辊机构，8 踢纸器，9 纸芯输送器，10 张力检测，11 引纸轮，12 导纸板，13 安全围栏，14 退纸架，15 顶轴器，16 安全栅，17 断纸刀，18 卸纸斗，19 除尘和导风装置。如图 2-1 所示。 从造纸设备生产出的大纸卷，送至复卷机的退纸架上，裁出纸头引至预舒展辊，经引纸轮、导纸板、导纸辊，穿过分条刀、张力检测、Z 型双弧形辊，引到复卷部，粘贴到底辊间的纸芯上，顶轴器关闭，引至过程结束，复卷机准备复卷。图2-1 复卷机组图 2.2 复卷机组技术(jsh)数据表2.1 纸张(zhzhng)种类及定量定量范围标准定量标准密度密度范围

19、 表2.2 复卷机组速度(sd)设计速度工作速度(1500N/m)最大张力速度(2000N/m)电气传动最高速度表2.3 复卷机加减速时间标准(0,67m/s2)建议时间最高速度急停时间表2.4 纸幅张力(zhngl)最大张力最小张力 表2.5 纸卷数据(shj)原纸卷最大幅宽原纸卷最大直径卷轴直径限速直径纸边最大宽度 纸边最小宽度小纸卷最大直径小纸卷最小直径复卷后纸幅最大宽度复卷后纸幅最小宽度复卷纸芯内径6 寸, 12 寸复卷纸芯壁最小厚度表2.6 刀条数量(shling)及产能上刀/底刀最大小纸卷数量分切最小宽度产能以(直径 )为准水分含量 2.3 复卷机工作(gngzu)描述 复卷机在运

20、转中有三个不同的动作同时发生(fshng)：开卷、分切纸和将已分切的纸复卷为最终的小纸卷。 图2-2复卷机传动(chundng)原理图 在开卷和复卷过程中，校正纸幅张力(zhngl)在传动控制中很重要。纸幅张力影响着纸卷的内部品质，例如纸卷紧度。 分切纸的过程是将整个纸幅分切成数个小纸幅，要使这些小纸幅达到所需宽度，那么切刀必须移动到与其它切刀正确间距的位置。移动切刀时要检查刀片的使用状态,旧的、钝的刀片要更换为新的、锋利的刀片。 在复卷过程中，使小纸卷达到设定(sh dn)直径很重要。纸卷紧度的影响因素有多点，除了纸张张力外，还有前后底辊间的负荷分配、压纸辊负载等等。 复卷机工作的工作状态是

21、受到系统的监控的。对于传动系统,除了开卷、分切、复卷三个过程，纸幅通过复卷机的状态也处于传动系统的控制下。控制系统的自动换卷程序根据开卷、分切和纸卷的复卷状态，以及依据设定和校准的传动参数执行。 复卷机需要人工完成的工作有从开卷机引纸到复卷机、从复卷机卸出纸卷、将纸芯放在纸芯台和粘合结头等。 2.4 复卷机对电气传动系统(xtng)的要求 纸机因工作车速(ch s)不同、幅宽差异、机械结构形式不同、生产纸种不同等而对电气传动控制系统的具体要求也各有不同，大体对纸机电气传动控制系统来说，要正常运行，必须满足以下基本要求：保持稳定的车速，是传动系统中最关键的一个指标。它的影响因素很多：比如电源电压

22、的波动(bdng)、纸机工艺条件的变化、网和毛毯的清洁度大小、机械传动条件的变化等都会造成纸页定量的波动和纸幅断头。有一定的稳态精度和动态精度。其中稳态精度为0.01-0.02%，以保证纸页在正常生产过程中，不产生被过分拉伸现象或有松弛现象而影响纸页质量，甚至引起断头而影响正常的生产。动态精度为切0.05-0.1%，以保证纸机在动态调整中快速响应。工作车速的调节范围要较宽，用以适应不同品种、定量的生产需要。对于脱水和干燥能力一定的纸机来说，在生产不同定量的纸页时，工作车速是需要进行相应地调整:定量低时，车速要高；定量高时，车速要低。调速范围为1:10的电气传动控制系统，基本可以满足大多数中高速

23、纸机正常工作的需要。各传动分部间要形成一个动态性能优良的速度链结构，速比稳定、可调。各分部要具有微降、微升功能，松纸、紧纸功能；相关联的部分具有单动和联动功能。当某块的速度需要进行调整时，只能影响后面的速度，不能影响前面的速度。爬行速度。各分部应具有15-25可调的爬行速度。有些传动分部间，是有刚性和柔性连接的，在维持可调速比的基础上，还须具有负荷动态调整的功能，以免造成由于负荷动态转移而引起有的分部因过载而过流，或者产生因轻载而过压现象。对纸页张力要求比较严格的分部，如压光部、卷取部等，须进行张力控制。以免造成(zo chn)纸页断纸或褶皱。纸机的运行负载具有恒转负载特性，所以对于交流(ji

24、oli)传动来说，须选用恒转矩特性的变频器，这样才能具有较大的起动转矩和良好的通讯能力以及较高的频率分辨率。2.5本章(bn zhn)小结 本章给出了复卷机的生产要求和性能参数，对复卷机的工作进行了描述，提出了对复卷机电气传动系统的要求，构建了基本的工作模式。 第三章 复卷机电机(dinj)选型3.1复卷机电源(dinyun)复卷机使用(shyng)的电源类型有 具体电源分配如下： 表3.1 电源分配传动电机控制柜供电电源 复卷机本体电机控制柜供电电源 PLC控制柜供电电源采用独立UPS电源供电3.2传动电气原理图 传动系统的电动机功率都小于 1MW，所以它们的变频器采用交-直-交电压型 PW

25、M 变频器。从传动系统原理图 3-1 可知，复卷工作时，底辊电动机转速和转矩方向一致，工作于电动状态，功率流动方向是从中间直流母线经逆变器流到底辊电动机；开卷工作时，电动机转速和转矩方向相反，工作于再生状态，功率流动方向是从开卷电动机经逆变器流向中间直流母线。变频器主电路采用了公共直流母线方案，把开卷机和底辊电机的逆变器接在同一段直流母线上。这样安排后，开卷机发出的再生功率通过直流母线直接转流到底辊电机，从而大大减小整流器容量。图3-1 电气(dinq)原理图3.3 复卷主传动(chundng)电机选型 复卷机主要(zhyo)技术数据:原纸卷纸幅宽度 4650mm，原纸卷最大直径 3200mm

26、,原纸卷限速直径 900mm，卷纸轴直径 620mm,纸幅工作张力 1500N/m，设计车速 2200m/min,底辊直径750mm。3.3.1 退纸辊电机(dinj)选型根据复卷机开卷电机和底辊电机的负载特性及容量选择(xunz)原理， 退纸辊最高转速: （ 3.1 ）退纸辊最低转速： （ 3.2 ）退纸辊调速范围: （ 3.3 ）选择减速机速比:暂定原纸卷直径为 900mm，退纸辊达到最高转速时， 根据: （ 3.4 ） 得： （ 3.5 ） 退纸辊电机功率 （3.6） 取 则 （3.7） 由于该电机功率是根据退纸辊最大所需扭矩推导而来，所以不必再进行扭矩核算，而且也考虑了 1.5 倍的动

27、态力矩裕量，所以具体选择的电机的额定功率( dn n l) 550KW，电机额定转速 686/2200 rpm,配用减速比 2.82 的减速箱。 3.3.2 底辊电机(dinj)选型 在卷取稳速的过程中,纸幅张力是恒定的,电机输出力矩变化范围不大,引入减速(jin s)箱,使得最大车速下,电机转速为额定转速,可以使电机选择达到最佳。前后底辊一般选用相同规格的电机，额定转速暂定为 1500r/min,则减速机速比 (3.8)为了转矩要求的满足，底辊应选电机功率为： (3.9)在卷曲稳速过程中,纸幅张力是一定的,车速也是恒定,因此前后底辊电机共同提供的轴功率也是基本恒定的,为 （3.10)根据功率

28、计算，前后底辊电机的额定功率应为: (3.11) 根据转矩计算和功率计算所得的额定功率值进行比较，选取较大值以满足转矩和功率的要求。具体选择的底辊电机额定功率 250KW，额定转速 1248rpm，配减速比为 1.47 的减速箱。表3.2 复卷机设备参数表加速时间（s）减速时间（s）急停时间（s）速度m/min最大张力（N/m）最小张力（N/m）纸张宽度（mm）密度（kg/）重量（g/）退纸辊直径（mm）复卷最大直径（mm）纸芯直径（mm）55553020002000500465010002256141500100 在3.3节完成了传动电机的选型工作，选用的开卷机电机额定功率 550KW，电机

29、额定转速 686/2200 rpm,配用减速(jin s)比 2.82 的减速箱，选用的底辊电机额定功率 250KW，额定转速 1248rpm，配减速比为 1.47 的减速箱。以下将按照表 4-1 的复卷机设备参数，对开卷机和底辊电机进行测试。 3.3.3 退卷电机功率(gngl)测试 表3.3 退卷机电(jdin)机功率测试数据表： 根据表 3.3，可以得到开卷电机的性能数据，见表3.4：母卷直径（mm）转速（rpm）长度（%）能量（KJ）重量（）加速功率（KW）减速功率（KW）最大张力加速功率（KW）最小张力加速功率（KW）最大张力减速功率（KW）急停功率（KW）3200199100105

30、48194416382.6-382.688.1305.1-677.17023070207929739165294353.3-353.358.8275.8-647.86482941216848966139628325.3-325.330.8247.8-619.85962812226768229117133298.5-298.54.0221.0-593.0547268223769752997535273.1-273.1-21.4195.6-567.6501255324962686580575249.1-249.1-45.4171.6-543.6457242426356624066005226.4-

31、226.4-48.1148.9-520.9415229427750565353589205.1-205.1-89.4127.6-499.6376216529444510643103185.2-185.2-109.3107.3-479.7340203631338460034337166.9-166.9-127.689.4-461.4306190733433413827090150.1-150.1-144.472.6-444.6275177735828372321177135.1-135.1-159.457.6-429.6248151941920304912665110.6-110.6-183.9

32、33.1-405.12031260505122640755095.8-95.8-198.718.3-390.317610016356264647809696-198.518.5-390.5176743856235173498127.6127.6-166.950.1-422.1234表3.4 开卷电机(dinj)的性能数据表3.5 开卷电机的性能(xngnng)数据母卷直径（mm）张力功率 （KW）转速（rpm）电机转速（rpm）过载功率（KW）过载时间（s）3200-295199561-37755614-29510372924-46655表 3-2，表 3-3 中的转速(zhun s)为退纸辊

33、转速。 开卷机自动停车(tng ch)开时减速时的母卷纸张长度 L 设定为 916.67m,退纸辊直径 ， 纸张(zhzhng)厚度=密度/重量= (3.12)退纸辊转速 n= 母卷直径 D 经公式得出： （3.13） （3.14）开卷机测试结果见根据表3.5：表3.5 开卷机测试结果电机功率电机最低转速电机最高转速退纸辊最低转速退纸辊最高转速 由表 3.2，表 3.3，表 3.4 可知，选用的开卷电机额定功率 550KW，电机额定转速686/2200 rpm,配用减速比 2.82 的减速箱，达到复卷机的性能要求，能够投入正常工作。 3.3.4 底辊电机功率测试数据前底辊直径后底辊直径前底辊转

34、速后底辊转速前底辊电机转速后底辊电机转速表3.6 底辊设备参数根据(gnj)表 3.2 复卷机设备参数和表3.6底辊设备参数，对底辊电机进行功率测试，测试数据见表 3.7。纸卷直径（mm）转速（rpm）长度（mm）重量（）加速功率（kw）减速功率（kw）最大张力加速功率（kw）最小张力加速功率（kw）最大张力减速功率（kw）急停功率（kw）150042410023708212.4-212.4522.4289.997.638914304688218137197.6-197.6507.6275.1112.436213604688218137197.6-197.6507.6275.1112.4362

35、12904947415754190.8-190.8500.8268.3119.235012205226613613184.3-184.3494.3261.8125.733811505545911695178.2-178.2488.2255.7131.83271080589529982172.5-172.5482.5250.0137.5316表3.7 底辊电机(dinj)功率测试数据表：由于前后底辊设备相同，电机参数一致，对于(duy)单个电机测试功率，数据见表 3.8。表3-8 单底辊电机功率测试表张力功率（kw）负荷分配（kw）加速功率（kw）功率（kw）功率百分比（%）时间（s）恒速过程1

36、5593-248100-过载过程1559310635414355根据表3-8 对单个底辊电机(dinj)的功率测试，提出了底辊电机的功率要求，见表 3-9：表3.9 底辊电机性能(xngnng)要求底辊电机功率（kw）转速（rpm）过载百分比（%）过载时间（s）减速比底辊速度（rpm）前底辊2501248142551.47849后底辊2501248142551.47849 由表 3.7，表 3.8，表 3.9可知，选用的底辊电机额定功率 250KW，额定转速 1248rpm，配减速比为 1.47 的减速箱达到复卷机的性能要求，能够(nnggu)投入正常工作。3.4 本章小结 本章介绍了复卷机电

37、机的选型依据，根据复卷机性能参数计算开卷机、前底辊电机、后底辊电机功率，并对电机进行了调试工作，确定选择的电机满足复卷机的性能要求。第四章 复卷机变频器选型4.1变频器的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要(zhyo)采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源, 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器, 逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器, 且输出为 PWM 波形, 中间直流环节(h

38、unji)为滤波、直流储能和缓冲无功功率。异步电动机的转速(zhun s)可以用下面公式表示为： (3.15)其中：异步电机的转速，单位为r/min； 电机的转差率； 电机定子的电源频率，单位为Hz； 异步电机的极对数。4.1.1变频器主要配置 由于复卷机对主传动控制性能及精度的高要求，下引纸复卷机的三个主传动点的传统配置是三个直流电动机，随着交流变频调速技术的日趋成熟，交流调速电气传动已经上升为电气调速的主流。交流传动已经从最初的只能用于风机、泵类的调速过渡到针对各类高精度、快响应等高性能指标的调速控制。从性能价格比的角度看，交流调速装置也已经优于直流调速，所以复卷机的主传动也正在由直流传动

39、向交流传动转变。由于三个主传动点均采用交流变频调速系统，满足复卷机对电控系统特别是对主传动提出的控制要求所采取的策略是不同的。以下主要介绍三个主传动均采用变频器控制的复卷机电控系统的系统配置、控制原理及特点。（ 1） 主传动电动机及驱动装置 采用三个交流电动机，选择ABB 变频器，型号为 ACS800 的三台变频器，分别驱动；其中前、后底辊用主/从应用宏；退纸辊用卷取应用宏并配有制动斩波装置。（2）控制器 采用(ciyng)SIEMENS公司(n s)的 S7200 PLC。（3）触摸屏 采用(ciyng) OP2706。（4）圆刀 采用 ABB ACS400变频器。（5）可根据实际机械要求选

40、择导纸辊、压纸辊等主要辅助设备，以及选择是否需要有传动控制。（6）配备张力传感器及其放大器、电液比例放大器、断纸检测、成品纸卷直径检测器等。4.1.2 变频器介绍 系统配置的最重要之处，就是选择正确的主传动变频器。目前，市场上变频器基本分为两类：一类是一般通用变频器，适用于一般负载的；另一类是高性能通用变频器，适用于高精度控制的。高性能变频器与一般相比，在以下几方面具有良好的性能：1100 以上的宽调速范围。低频起动特性良好。在额定电压下能做到全范围且恒转矩输出。具有良好的静态和动态特性变频器系统。具有故障诊断、保护和报警功能并且完整和快速。要具有网络通信功能。本系统采用ABB公司的ACS80

41、0系列变频器。图4-1 ACS800系列(xli)变频器实物图 图4-2系统(xtng)整体结构图 ACS800变频器采用直接转矩控制（ DTC），它摒弃了矢量控制中的解耦思想，通过实时检测磁通幅值和转矩值，分别与磁通和转矩给定值比较，由磁通和转矩调节器直接输出所需要(xyo)的电压矢量值。 在复卷机电控系统的应用(yngyng)中，根据需要选择了两种非标准变频器来控制主传动：主 /从应用宏控制前后两底辊；卷取应用宏来控制退纸辊。这种非标准 ABB 变频器与标准 ABB 变频器在主回路结构及控制思想上并没有区别，它们的区别只在提供的功能模块不同。 （ 1） 主从应用宏 主从应用宏是为多电动机传

42、动应用而设计的，其系统由若干ACS800 变频器共同驱动，同时电动机轴经由齿轮、链条、皮带等相互连接，使负载能在变频器之间均匀(jnyn)分配。（ 2） 卷取应用宏 装有卷曲应用宏的 ACS800 变频器是为中心卷取 /开卷机而设计的专用变频器。它能非常经济的实现精确带材的张力控制。当卷筒直径变化时，为了使材料的表面张力保持不变，它能保证转速的变化与卷径成反比且转矩的变化与卷径成正比。所有标准应用宏都被从 ACS800 处理器存储器中清除了，因此处理器完全用于工艺处理，性能得到最优化。4.2变频器控制方案4.2.1系统整体结构如图4.2所示复卷机电气控制系统整体结构。触摸屏把速度给定、张力给定

43、、卷径预置等通过 RS485 总线送到PLC，PLC 根据操作信号对给定值处理，由数字量输出口或 M odbus总线控制变频器的运行状态。压纸辊压力控制根据成品纸卷的直径，得到压力曲线对应值，从 PLC 的模拟输出口送到电液比例放大器，电液比例放大器转换成电流信号控制电液比例阀。各变频器的速度反馈信号由编码 器 送 到 脉 冲 编 码 器 模 块（ NTAC02），它提供了 ACS800与数字脉冲编码器的接口。NTAC02 通过 DDCS 协议通信链路与变频器相连，和变频器的 NIOC 标准I/O 板一起，以环形结构与 NAM C板的 CH 1 通道相连。通过设定变频器的参数可对 NTAC02

44、 进行编程。模块与传动之间的通信被激活后，模块中的参数会被拷贝到传动装置。完成速度的检测及反馈，形成闭环系统。各变频器的直流侧通过快熔、接触器相连，同时(tngsh)连到制动斩波器上，由制动斩波器根据直流电压极限值控制制动电阻与变频器的直流侧接通或关断。图4-3 ACS800变频器接线图4.2.2系统控制重点(zhngdin)（ 1） 速度控制 依据复卷机传动系统的工艺特点，复卷机速度的控制应以后底辊为主令单元，前底辊为从单元。另外复卷机在运行过程中的起动、带纸停机、升速、降速等，要求速度的变化尽可能平稳，可以(ky)通过设置装置的参数来实现速度的挠性变化特性。复卷机的线速度以后底辊的线速度为

45、准。在引纸过程中，前底辊应为速度控制，速度跟踪后底辊；在运行过程中，前、后底辊间要进行负荷分配控制，此时后底辊仍为速度控制，但前底辊应改为转矩控制，转矩信号应根据后底辊的转矩大小而定，与后底辊进行一定的负荷分配关系。本系统使用了主 /从应用宏，应把后底辊的变频器设为主传动，前底辊设为从传动，则以上功能可通过简单的参数设置完成。（ 2） 退卷张力控制 退纸辊的退卷张力由 PLC、操作(cozu)屏参与，主要由变频器来完成控制。退纸辊的变频器装有卷取应用宏，可以方便地对退卷张力进行控制。操作屏上预先对静止张力、引纸张力、运行张力、动态补偿量等进行设置，PLC 根据复卷机引纸 /投张的不同状态，把这

46、些值通过通信传给变频器，变频器通过内部参数组态对退纸辊电动机的转矩、转速进行控制，从而实现对退卷张力的控制。 根据复卷机系统(xtng)是否配置张力传感器可以选择采用直接张力还是间接张力控制方式，不论采用哪种方式，均可使用卷曲软件的卷径计算器。使用时，预设一个比较接近的卷径值、模块工作的最小线速度、卷直径和齿轮比。最大斜度设定要在卷径变化的合理范围内。（ 3）退纸辊四象限运行及急停控制 当退纸辊引纸时，电机处于电动状态；当退纸辊减速或复卷机运行时，异步电机将处于再生发电制动状态，变频器的逆变器的六个回馈(hu ku)二极管将能量回馈到直流侧，同步转速下降，变频器的直流母线电压升高。所以退纸辊电

47、动机要求四象限运行，如果在标准型的变频器中不采用其他措施，当发电制动状态时，回馈能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升，最终导致装置中的“ 制动过电压保护”动作，故障停机，以保护变频装置的安全。本系统采用直流母线并联，使复卷正常运行时退纸辊电动机回馈的电能直接被前、后底辊所吸收。当急停时，退纸辊和前后底辊均有不同的能量回馈到直流侧，使直流母线上的电压升高过大，对该再生能量的处理可以采用直流母线上接制动斩波器，当电压升高到变频器的最大电压极限时，斩波器就把制动电阻器和变频器的中间回路接通，用制动电阻来消耗多余的电能。采用直流母线并联时，为保证变频器的安全，一般变频器间通过快速熔断器和接触器相连

48、。4.2.3张力环的调整 当速度匹配和速度调节器的调整完成, 并且机器仍处于安全运行条件(tiojin)下,就可调整张力调节器。调整张力调节器需要生产线如同正常生产一样运行。带材应放入机器中。一般生产线的性能要求是 101 的速度范围。这就意味着在线速度的10% 到最大线速度的范围内需要有良好的张力调节。对于调整调节辊调节器或张力调节器而言, 最好先调 10% 20% 的线速度。调节器在低速下调节好之后,线速度增加,调节器的参数仍能满足要求。按照(nzho)下列步骤可以检查电动机可产生的最大张力：（ 1）产生最大张力需要(xyo)电动机的力矩为: (3.16)式中电动机转矩，最大张力 最大卷径

49、 Z 齿轮箱减速比（ 2）计算电动机额定转矩: (3.17)式中 电动机功率，常数，为 9545同步转速，（ 3）计算电动机所能提供的最大张力，来验证张力的需要 (3.18)最大张力校准后，再根据实际情况调整张力环 PI参数。图4-4 张力(zhngl)控制原理框图 由于退纸辊正常运行(ynxng)时，为了保持一定的退卷张力，电机是工作于发电制动状态下的，三个主传动变频器采用共直流母线的方式，把退纸辊制动能量应用于底辊传动，既达到节能的目的又防止退纸辊直流母线过压跳闸。 发生断纸或急停时，三台电机都在发电制动，能量积聚(jj)在公共直流母线上，需设置回馈制动单元。4.3回馈制动单元 回馈制动是

50、变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在新型电力电子器件不断出现，性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。4.3.1回馈制动(zh dn)原理 在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子(zhun z)转速未变，或者说，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制

51、动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。下图3是变频器回馈制动原理图。图4-5 变频器回馈(hu ku)制动原理图4.3.2回馈制动的要求及特点要完成回馈制动，需要完成三方面的工作：1、检测电压何时开始回馈 2、保持回馈制动时与电网同频同相 3、回馈制动时应限制回馈电流的大小a.电压的检测 在电压检测(jin c)中，主要检测公共直流母线电压和电网电压，检测电网电压时，一般需要考虑电网的波动，根据变频器的中间环节所能承受的直流电压，再利用回馈制动时，电网允许向上波动+20%，由此在直流电压检测时，在电压值为1.2倍的电网线电压有效值时可以启动逆变块工作，进入回馈制动状态。

52、b.电网频率和相位(xingwi)检测 在回馈制动中，是否有效地回馈能量(nngling)，关键是保证与电网同频、同相，并且回馈时要保证电网输出正电压时，输出负电流。其次，在回馈时要尽量选取电网线电压的高电压段，这样当回馈电流一定时可以获得较大的能量回馈功率。4.4 变频器主要参数设置 变频器的基本参数设置如表3-10所示:表3.10变频器的基本参数序号参数值参数号说明098.01RTAC-SLOT1编码器参数198.02FIELDBUS现场总线299.02FACTORY应用宏399.04DTC电机控制模式499.05380V电机铭牌的额定电压599.06139A电机铭牌的额定电流699.07

53、50Hz额定频率799.08990r/min额定速度899.0975kw额定功率910.01COMM CW起/停/方向的信号源1010.03REQUEST旋转方向1111.03COMM.REF选择外部给定1信号源1211.040REF1最小值1311.052000REF1最大值1422.0220S加速时间1522.0320s减速时间1650.011024脉冲数1750.02A+B DIR计数方式185006ENCODER反馈选择1951.01DP现场总线2051.0213只能显示2151.03500通讯参数2251.044PPO类型2351.052004写最大转矩2451.06104读电流25

54、51.072015写最小转矩2651.08105读转矩4.5 本章(bn zhn)小结 本章介绍了变频器的工作原理，根据复卷机性能参数计算开卷机、前底辊电机、后底辊电机功率，计算相应的变频器要求，完成(wn chng)了变频器的选型过程，并对电机进行了调试工作，确定所选择变频器满足复卷机的性能要求。 结论(jiln) 首先，本文先介绍了复卷机的性能特点(tdin)，然后介绍了双底辊复卷机的结构，给出了复卷机的生产要求和性能参数，并对复卷机的工作流程进行了描述(mio sh)。提出了复卷机性能对电气传动系统的控制需求，构建了基本的工作模式。 对于复卷机的传动系统设计，本文采用了张力控制的闭环控制系统。根据复卷机性能需求，计算了传动主电机的容量，并对退纸辊及底辊电机进行了计算选型，以及复卷机的调速系统采用变频调速方式，对变频器进行了选型计算。三个主传动点均采用交流电动机，用三台